克恩扎:想要养活世界的环保小麦作物

由:帕特里克·j·基格|
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金色的田野,中间的麦草正在成熟(Thinopyrum媒介),或者Kernza,在堪萨斯州萨利纳的土地研究所的研究农场。维基共享资源(CC BY-SA 3.0)

的发展农业对文明的兴起至关重要。但在21世纪,地球上不断增长的人口对食物的需求不断增长,这是将我们星球的环境置于危险之中的因素之一。农业占人类温室气体排放量的近四分之一多达一半其中一部分来自于耕作土壤种植小麦、玉米和大豆等作物,这会释放二氧化碳和更强的温室气体甲烷和一氧化二氮,后者是甲烷和一氧化二氮的副产品肥料使用。

这就是为什么研究人员一直在研究如何减少农业对环境的有害影响。一项很有前途的创新是一种有商标名称的谷物Kernza它有一种甜的坚果味,可以制成面粉,用于面包、早餐麦片和其他食品,也可以作为啤酒和冰淇淋等产品的原料。与一些更常见的谷物不同,克恩扎是一种多年生谷物,由不需要每年重新种植的植物制成,因此不需要每年翻耕。

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此外,Kernza有一个深入土壤超过10英尺(超过3米)的根系,可能有助于隔离或捕获大气中的碳。在某些地区,这种根系也可能使它更能抵抗与气候变化有关的干旱的影响。谷物收获后,种植Kernza的田地也可以用于觅食牲畜。

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小麦根与植物根的比较Thinopyrum媒介或多年生小麦草,四季均可生长。
维基共享资源(CC BY 3.0)

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土地学会的作用

Kernza是由土地研究所开发的,这是一个位于堪萨斯州萨利纳的组织,成立于1976年。联合创始人韦斯·杰克逊“有了这个顿悟,”他解释道瑞秋也是他是该研究所的首席战略官。杰克逊意识到,现代农业的大问题是,它把注意力集中在土壤上单一文化即在某一地区种植单一作物,并依赖于一年生作物。

斯特罗说:“自一万年前农业开始以来,我们一直在使用一年生作物,所以这并不新鲜。”但随着这种做法在现代农场的加强,其破坏性的负面影响越来越明显,表现为水土流失、土壤磨损(需要越来越多的肥料)和地下水污染。

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据斯特罗说,杰克逊认为发展多年生谷物取代一年生谷物是解决这些问题的重要组成部分。

“考虑到谷物占全球热量消耗的70%以上,占全球作物土地的70%以上,从采掘的年度模式过渡到多年生模式是我们创造真正可再生食品未来的最佳机会。”土地学会的网站解释道

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开发新粮食作物的挑战

开发新的粮食作物是一项艰巨而费时的挑战。早在1983年,科学家在罗德学院,另一家研究机构发现了一种名为中间麦草(学名Thinopyrum媒介),这是一个与小麦有关的物种,是一个有前途的候选人,可以开发成多年生谷物。他们与美国农业部的研究人员合作,培育这种植物,提高其生育力和种子大小。

2003年,土地研究所也开始致力于开发中间小麦草。在首席科学家的指导下李DeHaan在美国,该研究所花了数年时间培育这种植物,以培育出Kernza注册商号因为它们的多样性。(这是更多关于克恩扎的起源故事来自该研究所的网站。)

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在某些方面,自史前时代以来,开发新作物的过程并没有太大变化。基本上,它包括培育一代又一代的植物,以努力促进你所追求的理想特性。斯特罗说:“你可以让双亲杂交,种下幼崽,看看它们长什么样子。”18新利最新登入“你留下那些种子最大的。年复一年地这样做。”

18新利最新登入然而,植物育种者有一些古人缺乏的工具。他们采用了一种叫做分子育种在这项研究中,他们使用基因分析来确定植物所具有的特征,甚至在植物长到完全大小之前,就可以发现最有繁殖潜力的植物。

斯特罗说:“我们花了一万年的时间,现代育种又花了200年的时间,才有了今天的作物。”相比之下,“克恩扎花了20年才走到现在的位置。可能还需要20年才能与一年生植物竞争。”

但是为了将Kernza转化为一种商业上可行的作物,还有很多工作要做。Stroer说,研究人员现在正在努力增加每株Kernza植物产生的种子的大小和数量,并增加植物的高度。

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收获的挑战

Kernza的一个缺点是不像传统小麦,它还不适合免费打斯特罗说,在这种方法中,可食用的谷物很容易从植物上脱落,而是需要另一个被称为脱壳的步骤,在将种子变成面粉之前去皮。

康奈尔大学土壤和作物科学副教授马特·瑞安说:“从克恩扎收获谷物也比小麦等一年生谷物更具挑战性,因为克恩扎的茎秆在谷物成熟后保持绿色,而小麦的茎秆会完全衰老[或衰老和枯萎],更容易通过联合收割机。”他是2018年《生物科学》这篇文章的合著者克恩扎栽培方法,通过电子邮件。

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除了培育克恩扎以使其适合未来的自由脱粒外,科学家们还在努力使克恩扎农场的产量与他们在研究地块上所能实现的产量相匹配。为此,他们正在从农民那里收集数据,以帮助确定如何安排克恩扎的收获时间,什么样的设置最适合联合收割机,以及其他可能提高农田产量的因素。18新利最新登入Kernza已经在成长在15个州拥有2,025英亩(819公顷)土地来自不同机构的100多名农民和53个不同的研究伙伴正在努力工作。

研究人员还与面包师、厨师、酿酒商和酿酒师合作,开发利用Kernza的产品,以帮助开辟未来的市场。市场上已经有一种产品长根淡啤酒它的制造商Patagonia Provisions在营销中引用了Kernza对环境的积极影响。

“我和Kernza合作了10年,这是一次有趣的冒险。”史蒂夫Culman俄亥俄州立大学环境与自然资源学院的助理教授、瑞安的合著者之一在电子邮件中说。“我认为我真正体会到的一件事是,成功驯化和开发一种新作物需要的工作比任何人都能真正体会到的要多。这是一项重大的合作努力,确实需要许多人共同努力——许多学科的科学家、食物链参与者以及已经准备好并需要它的消费市场。这是一项相当艰巨的任务,但也是参与其中的乐趣所在。”

该研究所的Kernza项目只是开发多年生作物的更大努力的一部分,这些作物有朝一日可能取代传统的一年生作物。此外还有多年生小麦、高粱、豆类和油籽。该研究所帮助启动并资助了中国云南省的一个项目,开发一种多年生水稻。

斯特罗说:“最终的目标当然是大胆的,但它是在全球范围内用多年生植物取代一年生植物。”

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